Fusió freda: s'està refredant?

1989/06/01 Barandiaran, Mariaje | Irazabalbeitia, Inaki - kimikaria eta zientzia-dibulgatzaileaElhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia

No noves fusions sota el sol

Bertil Wilner
( Nature , 18/5/1989, p. 180)

La fusió electroquímica és un tema de discussió conegut. No és un tema nou. En Nature, el número 27 d'abril, es va donar a conèixer la reivindicació de Fritz Paneth i Kurt Peters en la dècada de 1920. Segons ells, l'hidrogen comú, absorbit en el pal·ladi, formava heli ^1. En el mateix número, Steven Dickman fa referència al treball de Tandberg en els laboratoris Electrolux d'Estocolm. Aquest treball s'assembla a l'actual a causa de la presència de cèl·lules electroquímiques i el balafiament de calor. El meu pare, Torsten Wilner, va treballar amb Tandberg en aquesta recerca nuclear i unes altres. Encara tinc les seves observacions i hi ha moltes perspectives diferents i fascinants.

Tandberg va entrar en aquest treball de manera transversal. En 1925 comença a buscar els metalls adequats per a confinar hidrogen en frigorífics. Es va interessar pel pal·ladi, però buscava característiques oposades (permeabilitat i capacitat d'absorció d'hidrogen). El treball de Paneth i Peters (que volien crear heli per a omplir les esceppelinas, amb la “catalisis nuclear espontània” dels àtoms d'hidrogen produïts pel pal·ladi, esperaven també la generació de calor, aspecte que no els interessava) va tenir una gran influència en ell. En la nota de Dickman es diu que l'heli va ser espectroscòpic. L'heli era atmosfèric i no produït per reaccions nuclears.

Es va seguir aquest treball, Tandberg, per a concentrar hidrogen en la superfície del pal·ladi mitjançant l'electròlisi (pretenent aconseguir una alta pressió d'hidrogen, segons ell mateix ho indica). La principal conseqüència va ser la generació d'energia. El títol original de la sol·licitud de patent, realitzada per Tandberg en 1927, era “Mètode d'extracció d'energia atòmica”, encara que posteriorment se li va donar el següent nom: “Un mètode per a obtenir heli”. Va ser una concessió a l'oficina de patents.

La patent no va ser acceptada. La principal raó que es va donar va ser: Tandberg no va poder respondre a l'objecció més gran de l'oficina: “Què és l'hidrogen més concentrat?”. El mecanisme d'extracció d'energia necessitava una millor explicació i l'explicació que es donava no era prou completa perquè una persona pogués utilitzar la invenció. Després del descobriment del deuteri en 1932, Tandberg i Wilner repetieron l'experiment amb aigua pesant, probablement proporcionada per Niels Bohr.

Es va incendiar la fusió i tots dos van començar a experimentar. Es van utilitzar fils d'explosió, que actualment s'utilitzen en alguns laboratoris per a accelerar els ions i prendre l'energia necessària per a superar la repulsió de Coulomb. Els condensadors d'alta tensió van ser descarregats electroquímicament a través de petites varetes de pal·ladi carregades de deuteri. El primer dia de descàrrega, Tandeberg va demanar al meu pare que l'abandonés perquè l'informés de l'ocorregut en cas d'explosió nuclear. No va ocórrer gens espectacular, encara que el soroll generat per les descàrregues es va fer habitual en el laboratori. No es van obtenir resultats clars i decisius, potser per la falta de tècniques analítiques adequades. Observacions que descriuen els experiments, si encara tinc varetes de pal·ladi i aigua pesant.

Tandberg i Wilner van seguir els experiments en el soterrani de la casa del meu pare. El famós experiment de Cockroft i Walton (transformació artificial de dues partícules alfa mitjançant protons accelerats de l'isòtop ⁷ Li) va ser repetit. En alguns experiments posteriors, en bombardejar una làmina de pal·ladi saturada per deuteri amb deuteri accelerat, es va observar la reacció nuclear (d + d = ³ He + n) que ha suscitat interès. Els neutrons creats s'esmorteeixen amb cera de parafina i es detecten per activació de la plata.

Opinió de Toribio Fernández

Des de fa més de cent anys és coneguda la gran capacitat d'absorció d'hidrogen dels metalls ^2. En la bibliografia hi ha molts exemples d'això. Per exemple, quan es tracta d'evitar processos de corrosió, quan el ferro es polaritza de manera catòdica, la polarització excessiva produeix hidrogen. L'hidrogen és absorbit pel ferro, a l'interior del metall es formen bombolles d'hidrogen, la tensió augmenta i el metall es fa fràgil. Deterioració de tota la malla metàl·lica.

La idea original s'esmentava fa temps en la bibliografia. Atès que els metalls poden absorbir gran quantitat d'hidrogen, es va pensar que el deuteri es blanquegés. El deuteri té un neutró i en estar submergits i empaquetats en el pal·ladi, els nuclis dels àtoms de deuteri superen la força de repulsió de Coulomb i augmenta la possibilitat d'interactuar, és a dir, pot produir-se una fusió.

D'altra banda, quan l'electròlisi de l'aigua es realitza en condicions especials, és coneguda des de fa temps la generació d'energia sobrant. La quantitat és baixa i requereix mesuraments d'alta precisió per a la seva detecció. Perquè les quantitats de calor siguin mesurables, es necessiten almenys unes vint-i-quatre hores i els que tenim poca experiència calorimétrica sabem el difícil que és mantenir un sistema tancat sense intercanvi de calor durant 24 hores. Aquest és el primer problema.

El segon problema és que si la calor sobrant es deu a la fusió nuclear cal generar neutrons i raigs gamma. Pel fet que l'energia que està passant i la calor que es genera són petites, el nombre de neutrons i la radiació també són petites. Per a dur a terme aquest treball és necessari comptar amb experts d'alt nivell en mesures calorimétricas i de radiació per a obtenir bons resultats. Les crítiques més cruels de Fleischmann s'han dut a terme a través de la radiació còsmica que està mesurant i del mal mesurament calorimétrica.

Els físics nord-americans han estat molt exigents. Pot haver-hi enveja. De fet, en els últims anys s'han gastat centenars de milers de milions de dòlars per a aconseguir la fusió nuclear i no els agrada que un “saboner” en l'oria, com ells diuen, es gasti tan sols 20.000 dòlars.

D'altra banda, Fleischmann és un personatge de primer ordre entre els electroquímics. És el creador del major i més sòlid grup que treballa en electroquímica. La majoria dels electroquímics que actualment treballen en el món han passat pel seu equip. Sempre ha treballat en l'última recerca, ha desenvolupat noves metodologies de treball i ha resolt moltes preguntes plantejades des de l'antiguitat. Pons, per part seva, ha estat estudiant de Fleischmann i gaudeix de gran prestigi malgrat la seva curiosa història. Va començar a treballar a Amèrica del Nord. Volia tornar a la universitat, però no ho acceptaven perquè va deixar passar la seva oportunitat. Va arribar a Anglaterra amb Fleischmann.

La veritat és que jo sóc escèptic. El sistema és aquí. Des de la dècada de 1920 s'ha analitzat quatre o cinc vegades. Ocorre alguna cosa que la gent no sap explicar. Cal deixar que les aigües s'escalfin. Cal deixar que vuit o deu grups mundials analitzin seriosament el problema. Després els futurs. Jo estic disposat a treballar en aquest mateix jo, si després dels exàmens teòrics es veu que el treball serà fructífer i útil.

Crec que si les coses segueixen com estan, la fusió freda no solucionarà els problemes energètics del món. La quantitat d'energia que es genera és molt petita i el temps és molt llarg. Si sumem dues calories des del punt de vista teòric i obtenim 20, és enorme. No obstant això, si necessitem quatre dies per a introduir aquestes dues calories i altres quatre per a treure les vint, el sistema de producció d'energia no pot funcionar així. De moment s'ha de deixar ‘remullo’ l'ús pràctic.

Perspectiva dels físics: Pedro Mª Etxenike

Crec que tot el problema és una cosa estranya. No s'han seguit els canals habituals de difusió del coneixement científic. Són molt més prudents. Per exemple, en el cas de la superconductivitat a alta temperatura, les dades van romandre primer tancats, els referee van estudiar ³ i finalment es van publicar. En aquest cas, encara que els resultats experimentals es publiquen en el Journal of Electrochemistry, publicat per l'acadèmia escandinava, s'han realitzat principalment en periòdics de propaganda.

A mi em sembla difícil que hi hagi una reacció nuclear, com a d + d = ³ He + n. La quantitat de neutrons que es generen en aquesta mena de reaccions nuclears és mortal per als experimentadors. En aquest cas, pel seu bé, els experimentals estan vius.

Entre totes dues reivindicacions, les de Jones ⁴ i les dels altres són molt diferents. Els resultats de Jones són mil milions de vegades menors.

Teòricament és molt difícil que el pal·ladi jugui prou dur com per a produir la fusió. El problema de la fusió és la repulsió coulombiana de dues càrregues elèctriques del mateix signe. Dues càrregues del mateix signe no es poden sumar perquè la possibilitat de superar la barrera coulombiana és molt petita. El pal·ladi pot canviar aquest potencial de repulsió, però molt poc. Això és el que estem estudiant aquí Jesús Ugalde i jo.

El pal·ladi pot variar la probabilitat d'una manera diferent. Modificant la massa efectiva dels electrons. Això modifica la probabilitat que un electró s'aproximi a un altre. Això es coneixia fa temps, ja que en el cas dels muones ocorre més dramàticament. Si la molècula d'hidrogen es formés en muones en lloc d'en electró, amb un radi atòmic 207 vegades menor, la probabilitat augmentaria enormement. A això se'n diu fusió per muón. La idea és molt antiga, Luis Alvarez i Sàkharov han esmentat aquest tipus d'idees.

En aquest cas, encara que la massa efectiva de l'electró varia molt amb la xarxa iònica i la interacció amb altres electrons fa difícil pensar en els electrons que són 207 vegades més pesats.

Una altra manera de reduir la interacció és reduir la repulsió coulombiana. Segons hem calculat Ugalde i jo, la probabilitat que un protó trobi a un altre és de deu a minus 54 (corba vermella de la figura 1). Si l'apantallament canvia molt, és a dir, si es té en compte que altres electrons fan que la seva repulsió sigui menor, la probabilitat és de deu a minus 46 (corba blava). El canvi és enorme, cent milions, però com hem començat molt baix...

És la forma habitual d'explicar la fusió. La probabilitat de superar la barrera energètica és la integral de la figura 1. Es defineix gràficament com la superfície compresa entre la corba de la figura 1 i la línia recta horitzontal. En anar de la corba vermella al blau és evident el gran canvi. En passar del punt b al punt c en la corba (l'energia del punt c és major que la del punt b), la superfície disminueix considerablement i la probabilitat augmenta. Per això en la fusió sempre es tria un mètode dur, és a dir, altes temperatures i molta energia.

En la figura 2 es pot veure el que ocorre en el Sol. En les ordenades es representa la temperatura a l'esquerra i a la dreta l'energia. La densitat en abscisses. La corba corresponent al sol és la que està en groc i representa les condicions en les quals es produeix la fusió. Requereix altes temperatures i energies. La fusió freda ve representada per la part vermella, que representa les baixes temperatures i energies. La probabilitat és molt baixa. Quan fins ara han tractat de fer fusió nuclear, han treballat en la zona marró i habitada de la imatge. El morat correspon al mètode denominat ‘plasma confinat magnèticament’ (MCP) i el marró a l'anomenat ‘plasma confinat per ionització’ (ICP).

En la fusió nuclear freda no surten comptes. Hi ha una cosa molt interessant, però no és una fusió freda. Tot el renou es deu al fet que les dades no confirmades s'han posat molt aviat davant el públic. A més, l'article de Fleischmann és fosc i sorprenent, perquè és científic de primer ordre. L'article de Jones, per exemple, s'ha publicat en Nature perquè ha respost a les preguntes plantejades pels referee. Això no ha ocorregut en el cas de Fleischmann. D'altra banda, les energies que reivindica Jones estan dins de la fusió freda i, encara que estiguin en un extrem, estan dins de la teoria.

1. Paneth i Peters van ser dos físics alemanys que van anunciar en 1926 la creació d'heli a partir de l'hidrogen com a catalitzador del pal·ladi. Vuit mesos després, van rebutjar el que s'ha dit quan es van adonar que va haver-hi diversos errors experimentals.
2. Cal tenir en compte que la fusió freda es produeix en el pal·ladi saturat.
3. Els referee són experts que jutgen la qualitat dels articles que s'envien a revistes científiques.
4. Jones, físic nord-americà, ha realitzat un experiment similar al realitzat per Fleischmann i Pons, però els seus resultats (generació de calor i flux de neutrons) no són tan brillants com els d'aquests.